[發明專利]一種三維網絡陶瓷骨架的金屬陶瓷耐磨材料及其制備方法

有效

• 申請號: 201910748244.0
• 申請日: 2019-08-14
• 公開（公告）號: CN110744031B
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 李伶;屈忠寶;陳學江;王再義;王營營;劉時浩;呂佳琪;徐丹丹;何娟
• 申請（專利權）人: 中材高新材料股份有限公司;山東工業陶瓷研究設計院有限公司
• 主分類號: B22D19/00
• 分類號: B22D19/00;B22F3/22;B22F1/10;B33Y10/00;B33Y80/00
• 代理公司: 北京志霖恒遠知識產權代理事務所(普通合伙) 11435
• 代理人: 趙奕

本發明涉及一種三維網絡陶瓷骨架的金屬陶瓷耐磨材料及其制備方法。采用3D打印工藝的三維網絡陶瓷骨架作為與金屬基體復合的陶瓷基，整體連續，強度高，且由于陶瓷骨架中摻有金屬合金粉體，該金屬合金的存在有效提高了澆鑄基體金屬熔液時，陶瓷基體的反應活性，提高了金屬熔液在陶瓷骨架中的浸潤性，使其在陶瓷骨架中滲透的更好，由于上述待摻雜的金屬合金粉體熔點較高，燒結時部分粉體保持固相特征不發生熔化，從而有利于三維網絡陶瓷骨架的完整性，保證澆鑄過程的骨架強度，進而使所得金屬陶瓷耐磨材料的強度和耐磨性更高，從而從根本上解決了陶瓷基與基體金屬粘接性差的問題，大大縮短了產品生產周期，極大的提高了生產企業的市場競爭優勢。

技術領域

本發明屬于復合耐磨材料領域,具體涉及一種三維網絡陶瓷骨架的金屬陶瓷耐磨材料及其制備方法。

背景技術

金屬陶瓷復合材料是將陶瓷的高硬度、高耐磨性和金屬的高韌性相結合制備的一類復合材料，在水泥、煤電或礦石等耐磨領域上具有很大的應用前景。傳統工藝通過干壓法制備陶瓷預制體，經過表面鍍鎳處理，置于砂型模具中澆鑄得到金屬陶瓷復合材料。但是由于陶瓷鍍鎳工藝整體流程復雜，需要進行較多預處理過程如活化、敏化等步驟，制備效率低下。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明的目的在于提供一種三維網絡陶瓷骨架的金屬陶瓷耐磨材料及其制備方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種三維網絡陶瓷骨架的金屬陶瓷耐磨材料的制備方法，包括以下步驟：

將金屬熔液澆鑄三維網絡陶瓷骨架得金屬陶瓷耐磨材料，

其中，所述三維網絡陶瓷骨架通過摻雜金屬合金粉體的金屬陶瓷復合漿料基于3D打印工藝得金屬陶瓷素坯，然后再燒結制得，在所述金屬陶瓷素坯燒結過程中，所述金屬陶瓷素坯中摻雜的金屬合金粉體不會全部熔化。

本發明采用3D打印工藝的三維網絡陶瓷骨架作為與金屬基體復合的陶瓷基，整體連續，強度高，便于與金屬基體牢固結合，且由于所述三維網絡陶瓷骨架中摻有金屬合金粉體，該金屬合金的存在有效提高了澆鑄基體金屬熔液時，陶瓷基體的反應活性，提高了金屬熔液在三維網絡陶瓷骨架中的浸潤性，使其在三維網絡陶瓷骨架中滲透的更好，由于上述待摻雜的金屬合金粉體熔點較高，燒結時部分粉體保持固相特征不發生熔化，不會產生較大的應力破壞，從而有利于三維網絡陶瓷骨架的完整性，保證澆鑄過程的骨架強度，進而使所得金屬陶瓷耐磨材料的強度和耐磨性更高，從而從根本上解決了陶瓷基與基體金屬的粘接性差的問題，由于本發明避免采用傳統工藝一直所用的干壓法所制陶瓷預制體作為復合陶瓷基，而選用3D打印增材制造技術，直接將金屬合金加入至陶瓷原材料中，解決了后期澆注時陶瓷和基體金屬液的粘結性較差問題，也就省去了為了改善陶瓷顆粒與基體金屬的粘接性而實行的陶瓷預制體，而必須執行的表面鍍鎳處理步驟，從而大大提高了制備效率。

進一步的，在所述金屬陶瓷素坯燒結過程中，所述金屬陶瓷素坯中摻雜的金屬合金粉體少部分發生熔化。金屬合金粉體為高錳鋼、高鉻鑄鐵粉或鎳硬鑄鐵粉中的至少一種，粒徑大小為35-75μm。由于上述金屬制品具有較高的硬度，有利于提升整體預制體的強度；其次由于鑄鐵和錳鋼的熔點較高，在坯體燒結過程中發生較低程度的熔化，不會產生較大的應力破壞，燒結完成后預制體結構的完整性較高，有利于后期澆鑄成型。

進一步的，所述金屬陶瓷復合漿料包括陶瓷粉體、高嶺土粉體、粘結劑、水，該材料體系中高嶺土(2SiO₂·Al₂O₃·2H₂O)的加入，可以有效降低金屬陶瓷復合漿料的粘度，高嶺土具有層狀結構吸水可塑性好，成型后不易破碎，加入到陶瓷料漿有利于提高成型效率。

其中，陶瓷粉體、高嶺土粉體、金屬合金粉體、粘結劑、水的用量比為：50-70：10-15：5-8：1-8：10-25，以重量計。

進一步的，所述金屬陶瓷復合漿料還包括分散劑、添加助劑，